Amélioration des performances de l'algorithme de calcul de transport réactif dans le simulateur de processus multiphysiques en milieux poreux Geoxim

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, l’innovation est au cœur de son action, articulée autour de quatre orientations stratégiques : climat, environnement et économie circulaire ; énergies renouvelables ; mobilité durable ; hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Partie intégrante d’IFPEN, IFP School, son école d’ingénieurs, prépare les générations futures à relever ces défis.

Amélioration des performances de l'algorithme de calcul de transport réactif dans le simulateur de processus multiphysiques en milieux poreux Geoxim

Le simulateur Geoxim permet la simulation d’écoulement de fluides multiphasiques en milieu poreux dans des structures géologiques complexes en tenant compte des interactions chimiques ou thermiques avec le milieu traversé. Ce simulateur est utilisé pour l’étude de l’injection et la séquestration du CO₂ à long terme mais aussi pour les études en lien avec la géothermie. Geoxim est développé à IFPEN et est basé sur la plateforme logicielle parallèle Arcane co-développée avec le CEA-DAM. Grace à cette plateforme Il est possible d’utiliser ce simulateur avec des supercalculateurs utilisant des centaines voire des milliers de cœurs de calcul.

Le calcul de Transport Réactif (TR) dans Geoxim qui est au cœur de ses capacités de simulation des interactions fluide-roche, constitue un challenge étant donné le très grand nombre d'inconnues considérées (plusieurs dizaines d'espèces chimiques par maille) et la très forte non-linéarité des équations associées. 

Pour résoudre les équations algébriques issues de la discrétisation implicite des équations de TR, un algorithme original a été implémenté  qui contourne la difficulté de résoudre d'un seul tenant l'ensemble des équations. Il permet de ramener la résolution à une séquence de problèmes non linéaires 0D associés à chaque maille sans assemblage et ni résolution de gros systèmes linéaires et autorise en outre l'utilisation de pas de temps locaux à chaque maille, adapté à la non-linéarité locale des équations.

Cet algorithme par nature séquentiel a été parallélisé par une approche de type Décomposition de Domaine. Il fournit aujourd'hui une approche efficace pour les simulations métier dans le cas de run scalaire sur une seule unité de calcul mais cette efficacité n'est obtenue qu'au prix d'une perte de contrôle de la précision pour les runs multi-processeurs.

Objectif

L'objectif de ce stage est donc d'améliorer les performances, notamment parallèles, de l'algorithme de Transport Réactif.

Plusieurs pistes sont identifiées :

• augmentation du recouvrement de l'approche Décomposition de domaine
• gestion de cycles dans le graphe d'écoulement
• switch local (i.e. dans certaines mailles) à une discrétisation explicite là où le pas de temps satisfait la condition CFL locale.

Profil

M2 type Master Mathématiques et applications, Calcul scientifique et simulation, Calcul haute performance et simulation

• Connaissance du C++, méthode de parallélisation par Décomposition de Domaine